胡平 趙金龍 孫曉莉 張寶琪

(西安思源學(xué)院電子信息工程學(xué)院,陜西西安 710038)

隨著全球變暖,各地溫度持續(xù)上升, 特別是一到夏季時(shí),天氣格外的炎熱,比如外賣(mài)小哥、交警、環(huán)衛(wèi)工人、快遞小哥等,還有一些喜歡旅行的人們,炎熱的環(huán)境成為出行和工作中很大的困擾[1]。雖然現(xiàn)在有各種各樣的解暑方法和各式各樣的解暑工具可以讓人們使用,但是我們也可以通過(guò)降低腳部的溫、濕度起到解暑的作用,讓室外工作者和長(zhǎng)期在戶(hù)外徒步行走的人們感到舒適[2]。

當(dāng)腳部溫濕度升高時(shí),腳部溫濕度的動(dòng)態(tài)平衡受到破壞,因?yàn)樯岵坏轿欢鴮?dǎo)致腳部溫度過(guò)高、血管膨脹、心率加快。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)導(dǎo)致血液循環(huán)不流暢,血管收縮,心率減慢,高溫下,經(jīng)腎臟排出的水鹽量大大減少,使尿液濃縮,腎臟負(fù)擔(dān)加重。由于人體的正常溫度是36℃～37℃,在這一環(huán)境溫度中人體的生理功能、生活節(jié)奏等新陳代謝水平均處于最佳狀態(tài),而在這一狀態(tài)下腳部的溫度范圍是22.4℃～22.8℃[3]。所以,設(shè)計(jì)一款溫控鞋可以降低腳部溫、濕度,以此提高我們的生活質(zhì)量是很有必要的[4]。

圖1 智能控溫鞋溫濕度檢測(cè)平臺(tái)安裝示意Fig.1 Installation diagram of the temperature and humidity detection platform for intelligent temperature control shoes

1 智能控溫鞋溫濕度檢測(cè)平臺(tái)安裝設(shè)計(jì)

智能控溫鞋溫濕度安裝框架如下所示:(1)聲光報(bào)警器;(2)負(fù)載;(3)單片機(jī)系統(tǒng);(4)LCD1602液晶顯示;(5)DHT11溫濕度傳感器;(6)AT24C02存儲(chǔ)模塊;(7)藍(lán)牙通信模塊。如圖1智能溫控鞋溫濕度檢測(cè)平臺(tái)安裝示意所示。

2 設(shè)計(jì)思想

硬件電路整體上采用DHT11溫濕度傳感器,51單片機(jī)系統(tǒng),顯示模塊,聲光報(bào)警模塊,存儲(chǔ)模塊,負(fù)載電路,用51單片機(jī)作為主控制模塊,控制溫濕度傳感器信號(hào)采集,實(shí)現(xiàn)液晶屏的動(dòng)態(tài)顯示,和聲光報(bào)警器的實(shí)時(shí)通信,主要顯示什么和什么時(shí)候報(bào)警用程序可以實(shí)現(xiàn),DHT11傳感器主要用來(lái)采集溫濕度信息[5],是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,與單片機(jī)可以組合使用[6];LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊[7],它是由字符型液晶顯示屏,控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100,以及少量電阻,電容元件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB班上而組成[8]。主要的步驟為:參照原理圖將傳感器、51單片機(jī)、聲光報(bào)警、顯示器、負(fù)載連接起來(lái),通過(guò)溫濕度傳感器將采集到的信息傳送給單片機(jī)、單片機(jī)再將采集到的信息加工處理后傳輸給顯示器上。當(dāng)鞋底溫濕度升高到設(shè)定的上限時(shí),聲光報(bào)警器報(bào)警,啟動(dòng)散熱器模塊,當(dāng)腳底溫濕度低于設(shè)定的下限時(shí),報(bào)警器報(bào)警,啟動(dòng)加熱器,整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)腳底溫濕度越上限或低于下限時(shí)報(bào)警和控制。

圖2 溫濕度系統(tǒng)反饋Fig.2 Temperature and humidity system feedback

3 總體溫控鞋系統(tǒng)反饋圖

按照功能實(shí)現(xiàn)的整體要求,在這個(gè)功能的前提上,保證降低材料成本的情況下,整體的設(shè)計(jì)方案以上述思想為主,該電路內(nèi)部由單片機(jī)系統(tǒng)、電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、按鍵電路,外部模塊由溫濕度檢測(cè)模塊、顯示器模塊、手機(jī)終端通信模塊、蜂鳴器模塊、加熱器和散熱器組成,在方案設(shè)計(jì)中,遵循簡(jiǎn)潔至上的原則,所以所有的外圍電路采用串行方式與微處理器模塊接口,該設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為控制核心,實(shí)現(xiàn)溫濕度采集,報(bào)警,顯示以及控制的基本功能,在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),為了更好地采用模塊化設(shè)計(jì)方法,分布的設(shè)計(jì)各個(gè)單元功能模塊,系統(tǒng)的硬件部分可以分成溫濕度傳感器的使用,51單片機(jī)的控制,LCD1602液晶顯示,聲光報(bào)警,控制負(fù)載和藍(lán)牙通信六大部分,初步確定系統(tǒng)的方案如圖2溫濕度系統(tǒng)反饋所示。

4 智能溫控鞋監(jiān)測(cè)平臺(tái)程序圖設(shè)計(jì)

圖3 溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig.3 Temperature and humidity monitoring system

智能溫控鞋平臺(tái)程序分析:該溫控鞋運(yùn)行的第一步是啟動(dòng)按鍵按下時(shí),溫濕度傳感器將采集到的信息傳送給主控制電路,之后將信息傳送給寫(xiě)好程序的51單片機(jī)系統(tǒng)里,通過(guò)51單片機(jī)準(zhǔn)確的處理,分析數(shù)據(jù)判斷腳部的溫濕度是否高于或低于設(shè)定值,若超過(guò)設(shè)定上限值時(shí),溫濕度聲光報(bào)警器會(huì)報(bào)警,指示燈閃爍,系統(tǒng)會(huì)通過(guò)聲光報(bào)警器啟動(dòng)散熱器模塊,當(dāng)溫度和濕度降下來(lái)一定值后,又反饋到檢測(cè)模塊,第二種,當(dāng)溫度低于設(shè)定下限值時(shí),溫濕度聲光報(bào)警器報(bào)警,指示燈閃爍,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)聲光報(bào)警器啟動(dòng)加熱模塊。當(dāng)溫度和濕度升高到一定值后,又反饋到檢測(cè)模塊,這樣依次循環(huán)從而判斷鞋里溫度和濕度的各種變化(如圖3溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與圖4按鍵設(shè)置流程所示)。

按鍵設(shè)置流程:首先按下按下按鍵時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)置模式,其次被設(shè)置被設(shè)置數(shù)閃爍,通過(guò)K3進(jìn)行控制,如果按下,則被設(shè)置數(shù)為50,否則判斷K4是否按下;在被設(shè)置數(shù)為50時(shí),被設(shè)置數(shù)加1并返回K4,不是的情況下,被設(shè)置數(shù)為0,則立刻返回K4;如果K4未按下,則立刻返回主程序,否則被設(shè)置數(shù)是否為0,若為0,被設(shè)置數(shù)減1且返回主程序,若不為0,被設(shè)置數(shù)為50時(shí),則返回主程序。整體設(shè)置功能也可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn),如圖4按鍵設(shè)置流程所示。

5 結(jié)語(yǔ)

該平臺(tái)對(duì)外部信號(hào)的采集,我們選用生活中較為常見(jiàn)的DHT11溫濕度傳感器,它不僅靈敏度高,并且壽命長(zhǎng)、成本低;同時(shí),由于它的體積小,所以比較節(jié)省空間且易于安裝。除此之外,之所以使用51單片機(jī),是因?yàn)樗鼜膬?nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng),它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位,它不光能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理,還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算,其功能也十分完備,使用起來(lái)也得心應(yīng)手。另外輸出端采用性能十分好的聲光報(bào)警器,LCD1602液晶顯示,負(fù)載。對(duì)輸出端的信息來(lái)講,在準(zhǔn)確性和及時(shí)性上具有很大的保障。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言,它不僅可以對(duì)溫度進(jìn)行報(bào)警,還可以對(duì)鞋里的溫濕度進(jìn)行控制。

圖4 按鍵設(shè)置流程Fig.4 Button setting process